способ магнитного выравнивания волокон и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ магнитного выравнивания намагничиваемых волокон, рассредоточенных в вязкой массе, путем воздействия на волокна магнитным полем, посредством магнитного устройства, создающего магнитное поле, и перемещения магнитного устройства относительно вязкой массы, включающий использование средства (15) для выравнивания волокон, имеющего немагнитную стенку, включающую первую часть (17А) стенки и вторую часть (17В) стенки, перемещение выравнивающего средства (15) относительно вязкой массы, при этом первая часть (17А) немагнитной стенки находится спереди, и вторая часть (17В) стенки следует за ней, и первая и вторая части (17А, 17В) стенки входят в контакт с вязкой массой, и направление магнитного поля в вязкую массу через первую часть (17А) немагнитной стенки посредством магнитного устройства, которое перемещается относительно немагнитной стенки для воздействия на волокна (F) в вязкой массе перемещающимся магнитным полем.

2. Способ по п.1, в котором магнитное поле прилагают к вязкой массе преимущественно через первую часть (17А) немагнитной стенки.

3. Способ по п.1, в котором магнитное поле прилагают к вязкой массе по существу исключительно через первую часть (17А) немагнитной стенки.

4. Способ по любому из пп.1-3, в котором средство (15) для выравнивания волокон перемещают по существу параллельно поверхности вязкой массы.

5. Способ по любому из пп.1-4, в котором средство (15) для выравнивания волокон по меньшей мере частично погружают в вязкую массу.

6. Способ по любому из пп.1-5, в котором силовые линии магнитного поля перемещают преимущественно в плоскостях, которые по существу перпендикулярны немагнитной стенке и по существу параллельны направлению относительного движения средства (15) для выравнивания волокон и вязкой массы.

7. Способ по любому из пп.1-5, в котором силовые линии магнитного поля перемещают преимущественно в плоскостях, включающих линию, параллельную желательному направлению выравнивания и перпендикулярную направлению относительного перемещения средства для выравнивания волокон и вязкой массы.

8. Способ по любому из пп.1-7, в котором магнитные поля направляют в вязкую массу посредством магнитного элемента (18), расположенного внутри средства (15) для выравнивания волокон и подвижного вокруг оси (L), простирающейся вдоль первой части (17А) немагнитной стенки.

9. Способ по любому из пп.1-8, в котором вязкая масса представляет собой по существу горизонтальную панель.

10. Способ по любому из пп.1-9, в котором вязкая масса представляет собой панель или слой влажного бетона.

11. Способ по любому из пп.1-10, в котором вязкую массу подвергают воздействию вибрации при перемещении средства (15) для выравнивания волокон относительно вязкой массы.

12. Устройство для магнитного выравнивания намагничиваемых волокон, рассредоточенных в вязкой массе, содержащее средство (18) для создания магнитного поля, отличающееся тем, что содержит средство (15) для выравнивания волокон, имеющее немагнитную стенку, включающую первую часть (17А) стенки и вторую часть (17В) стенки, причем магнитное средство (18) расположено вблизи первой части (17А) немагнитной стенки и выполнено с возможностью направления магнитного поля в вязкую массу через первую часть (17А) немагнитной стенки и перемещения магнитного средства относительно немагнитной стенки, средство (14) управления для перемещения средства (15) для выравнивания волокон относительно вязкой массы так, что первая часть (17А) немагнитной стенки находится спереди от второй части (17В), и первая и вторая части (17А, 17В) входят в контакт с вязкой массой.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что средство (15) для выравнивания волокон содержит полый удлиненный кожух (17), включающий немагнитную стенку и содержащий магнитное средство (18).

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что магнитное средство (18) расположено близко к немагнитной стенке, примыкает к первой части (17А) и далеко отнесено от других частей немагнитной стенки.

15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что магнитное средство (18) простирается по существу по всей длине полого кожуха (17).

16. Устройство по любому из пп.12-15, отличающееся тем, что магнитное средство (18) включает цилиндрический барабан, который установлен внутри полого кожуха (17) для углового движения вокруг оси (L), простирающейся по длине кожуха, и который несет по меньшей мере один магнит на его круглой поверхности.

17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что содержит двигатель (20) для углового движения барабана в полом кожухе (17).

18. Устройство по п.16 или 17, отличающееся тем, что первая часть (17А) немагнитной стенки расположена концентрически относительно барабана.

19. Устройство по п.18, отличающееся тем, что поперечное сечение полого кожуха (17) выполнено сужающимся от первой части (17А) стенки в направлении второй части (17В) стенки.

20. Устройство по любому из пп.12-19, отличающееся тем, что средство (15) для выравнивания волокон расположено в горловине (21, 24), имеющей выходное отверстие для вязкой массы, в которой рассредоточены намагничиваемые волокна, при этом первая часть (17А) немагнитной стенки обращена в сторону, противоположную выходному отверстию.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам магнитного выравнивания волокон, рассредоточенных в вязкой массе, и к устройствам для их осуществления. Изобретение особенно применимо при его использовании для выравнивания (получения параллельного положения) металлических волокон, а именно стальных волокон во вновь отлитом и, соответственно, влажном бетоне и других цементирующих или вязких материалах. По этой причине изобретение будет описано в этом варианте применения, данном как иллюстративный пример.

Известен способ армирования бетона посредством добавления стальных волокон в вязкий бетон перед его отливкой. Обычно волокна имеют длину, составляющую 2,5-8 см, и диаметр, составляющий от 0,5 до 1 мм, и, таким образом, они относительно жесткие. При смешивании волокон и бетона волокна рассредоточиваются в бетоне и ориентируются произвольно в трех измерениях таким образом, что отлитая и затвердевшая бетонная масса будет армирована в трех измерениях.

Однако многие бетонные конструкции или даже их большинство испытывают напряжение в одном или двух измерениях и, таким образом, армирование в одном или двух измерениях было бы адекватным. Это относится, упоминая лишь два примера, к случаю с бетонными панелями перекрытия и бетонным дорожным покрытием.

Таким образом, в таких бетонных конструкциях желательно иметь возможность выравнивать волокна в одном или двух измерениях, соответствующих направлению или направлениям напряжения, и, таким образом, экономно использовать армирующий волоконный материал. Также желательно иметь возможность концентрировать волокна в зоне или зонах бетонной конструкции, где потребность в усилении наиболее велика.

Согласно известному способу одномерного выравнивания стальных волокон в панелях из влажного бетона, вновь отлитого в форму, сквозь вновь отлитую массу из вязкого бетона в форме пропускают магнитное поле и перемещают его относительно формы от одного ее конца или стороны до другого для временного приложения выравнивающей силы к отдельным волокнам для выравнивания их в направлении относительного движения. Для облегчения выравнивающего движения волокон под воздействием магнитного поля, бетонная масса, при относительном перемещении магнитного поля и бетонной массы, подвергается вибрации (JP 60141506 A, B 28 B 1/52, 26.07.1985).

Согласно известному способу магнитное поле прилагается посредством магнитного устройства, расположенного снаружи от вновь отлитой бетонной массы и охватывающего её и форму, в которую она отлита, с двух сторон. Однако магнитное выравнивание волокон таким способом непрактично во многих случаях, например в случае, когда бетонную массу отливают на месте применения. Отливка крупных панелей или дорожного полотна на грунте также являются двумя примерами получения бетонных масс, в которых трудно применить известный способ.

Согласно способу и устройству, соответствующим настоящему изобретению и определенным в формуле изобретения, магнитное выравнивание намагничиваемых волокон, рассредоточенных в вязкой массе, выполняется при помощи средства для выравнивания волокон, имеющего немагнитную стенку. Магнитное поле направляется в вязкую массу через первую часть немагнитной стенки, при этом средство для выравнивания волокон перемещается относительно вязкой массы, немагнитная стенка находится в контакте с ней, и вторая часть немагнитной стенки следует за первой частью. Соответственно, волокна временно подвергаются воздействию магнитного поля, когда первая часть проходит мимо них.

Средство для выравнивания волокон может быть частично или полностью погруженным в вязкую массу при его перемещении относительно вязкой массы, при этом первая часть немагнитной стенки расположена перед второй частью и сопровождается последней.

При относительном перемещении волокна расположенные вблизи первой части немагнитной стенки, магнитным способом притягиваются в направлении первой части. Однако их вхождение в контакт с магнитным средством предотвращается немагнитной стенкой, которая формирует экран или барьер, отделяющий магнитное средство от вязкого материала, в котором рассредоточены волокна.

Средство для выравнивания волокон, таким образом, притягивает волокна и стремится тянуть их вдоль направления его перемещения относительно вязкой массы. Благодаря его вязкости материал вязкой массы предотвращает слишком быстрое перемещение волокон в направлении средства для выравнивания и прилипание к нему. Таким образом, средство для выравнивания волокон будет перемещаться относительно волокон и подвергать их воздействию силы магнитного поля лишь временно. Поскольку сила магнитного поля имеет компонент, ориентированный в направлении относительного перемещения средства для выравнивания волокон и вязкой массы, она стремится выравнивать волокна в направлении, в котором средство проходит мимо них.

Предпочтительно, материал, из которого сформирована вязкая масса, подвергается воздействию вибрации вблизи средства для выравнивания волокон таким образом, что облегчается выравнивающее перемещение волокон.

Соответственно, применяя принципы изобретения, можно простым способом выравнивать произвольно рассредоточенные волокна в цементирующем или другом вязком или связывающем материале. Одновременно достигается концентрация волокон в плоскости, вдоль которой перемещается средство для выравнивания волокон. Эта плоскость может находиться в зоне вязкой массы, которая при использовании затвердевшей бетонной массы должна будет воспринимать сильное напряжение при растяжении.

Изобретение поясняется нижеследующим описанием со ссылками на прилагаемые чертежи, показывающие вариант осуществления изобретения для получения дорожных покрытий или других панелей из бетона, отлитых на грунте.

Фиг. 1 изображает общий вид, показывающий последовательные операции при получении бетонного дорожного покрытия на грунте, причем одной из операций является выравнивание армирующих стальных волокон согласно изобретению;

фиг. 2 изображает вид в перспективе устройства для выравнивания волокон, используемого в ходе операции выравнивания волокон, показанной на фиг. 1;

фиг. 3 изображает в сечении вид бетонного дорожного покрытия, показанного на фиг. 1, в котором выравнивание волокон уже выполнено;

фиг. 4-6 изображают схематические виды трех панелей разной толщины, отлитых на грунте и показанных вместе с устройствами для выравнивания волокон, соответствующими изобретению;

фиг. 7 изображает поперечное сечение, показывающее модификацию устройства для выравнивания, показанного на фиг. 6;

фиг. 8 изображает поперечное сечение, показывающее модификацию устройства для выравнивания, показанного на фиг. 3;

Как показано в качестве примера на фиг. 1, изобретение применено для получения бетонного дорожного покрытия или панели на грунте. Дорожное покрытие показано в ходе разных последовательных операций его получения, причем первая операция показана слева, и последняя операция показана справа. В крайней зоне слева, обозначенной буквой А, отливается влажный бетон после того, как армирующие волокна из стали или другого намагничиваемого материала были добавлены в бетон и равномерно рассредоточены в нем с произвольной ориентацией. Затем на участке В влажный бетон подвергается воздействию вибрации, и армирующие волокна выравниваются по длине с использованием устройства 11 для выравнивания волокон, являющегося вариантом осуществления изобретения. Устройство 11 для выравнивания волокон с возможностью скольжения поддерживается рельсами 12, расположенными вдоль продольных кромок дорожного покрытия. В районе С влажный бетон с выровненными волокнами подвергается вакуумной обработке, и в районе D дорожное покрытие разглаживается.

Устройство 11 для выравнивания волокон содержит горизонтальную основную балку 13, проходящую поперек полосы грунта, на которой создается дорожное покрытие, и опирающуюся на рельсы 12. Она перемещается и управляется вручную при помощи рычагов 14 управления с рукоятками.

Прямое горизонтальное средство 15 для выравнивания волокон в виде балки или полосы подвешено на основной балке 13 при помощи подвесных кронштейнов 16, которые могут регулироваться по вертикали для обеспечения установки выравнивающего средства 15 на выбранной высоте. Выравнивающее средство 15 простирается по всему пространству между рельсами 12.

Удлиненный корпус или кожух 17, формирующий часть выравнивающего средства 15, имеет каплевидное поперечное сечение и имеет сходство с крылом, закругленная первая или передняя кромка которого направлена так, что она будет спереди, когда устройство 11 для выравнивания с выравнивающим средством 15 перемещается в нужном направлении, налево на фиг. 1 при выполнении операции выравнивания. Этот кожух 17 выполнен из алюминия или какого-либо другого пригодного немагнитного материала.

Внутри кожуха 17 выравнивающего средства 15 вдоль передней или первой части 17А стенки кожуха с возможностью вращения на цапфах установлен магнитный барабан 18, проходящий по всей длине выравнивающего средства. Первая часть 17А стенки кожуха имеет дуговое сечение, и ось L магнитного барабана 18 совпадает с осью первой части 17А стенки.

Три постоянных магнита 19, выполненных, например, из неодима, равномерно распределены по окружности магнитного барабана 18, причем каждый такой магнит занимает около 1/6 длины окружности магнитного барабана. Наружные поверхности магнитов 19 расположены на круглой цилиндрической поверхности, концентрической относительно первой части 17А стенки кожуха 17 и расположенной вблизи нее с небольшим зазором. Соответственно, когда магнитный барабан 18 приводится во вращение как описано ниже, постоянные магниты 19 будут двигаться вблизи внутренней стороны первой части 17А стенки.

Как показано обозначениями северного и южного полюсов N и S и силовыми линиями магнитного поля на фиг. 3, магниты 19 установлены на магнитном барабане 18 таким образом, чтобы силовые линии магнитного поля вращались в плоскостях, которые перпендикулярны оси L магнитного барабана 18. В показанном варианте осуществления изобретения магнитный барабан 18 вращается против часовой стрелки, как показано на фиг. 3, рядом электрических двигателей 20, разнесенных по длине выравнивающего средства 15. Если желательно или необходимо, направление вращения магнитного барабана 18 может быть реверсируемым.

Для обеспечения регулирования выравнивающего средства 15 по необходимому углу атаки так, чтобы задняя или вторая часть 17В стенки кожуха 17 была на избранной высоте, выравнивающее средство установлено с возможностью поворотного движения вокруг оси, которая параллельна оси L барабана 18 или, например, совпадает с ней. Запирающие средства, которые не показаны, применяются для фиксации выравнивающего средства в избранном угловом положении.

В ходе операции выравнивания волокон устройство 11 для выравнивания опирается на рельсы 12, при этом выравнивающее средство 15 установлено на такой высоте, что самый нижний сегмент первой части 17А стенки кожуха 17 располагается относительно близко к нижней стороне отлитого слоя влажного вязкого бетона. Кроме того, выравнивающее средство 15 отрегулировано по угловому положению так, чтобы вторая часть 17В стенки кожуха 17 находилась приблизительно на той же высоте, что и самый нижний сегмент первой части 17А стенки.

После того как выравнивающее средство 15 отрегулировано по необходимой высоте и необходимому угловому положению, устройство 11 для выравнивания медленно перемещают в левую сторону при взгляде на фиг. 1-3 так, чтобы первая часть 17А стенки кожуха 17 располагалась спереди и за ней следовала вторая часть 17В. Магнитный барабан 18 непрерывно вращается в направлении, обозначенном стрелкой (против часовой стрелки), и вибратор V, установленный на устройстве 11 для выравнивания, работает, подвергая вибрации район бетонной массы, в котором работает выравнивающее средство 15.

Как обозначено контурными стрелками на фиг. 3, часть бетона смещается вверх и проходит поперек верхней стороны выравнивающего средства 15, тогда как другая часть смещается вниз и проходит поперек нижней стороны. При их движении вдоль внутренней стороны передней первой части 17А стенки постоянные магниты 19, расположенные на магнитном барабане 18, будут направлять их магнитные поля в бетон спереди от первой части 17А стенки, выше нее и ниже нее.

Магнитные поля, силовые линии которых, в целом, вращаются в плоскостях, которые перпендикулярны оси L вращения магнитного барабана 18, вращаются против часовой стрелки вместе с барабаном. При их вращательном движении они прилагают к армирующим волокнам F, захватываемым магнитными полями, силу магнитного притяжения, которая стремится притягивать волокна к передней первой части 17А стенки кожуха 17 и выравнивать волокна вдоль плоскостей силовых линий магнитного поля. Одновременно, волокна, расположенные выше уровня нижней стороны выравнивающего средства 15, притягиваются вниз магнитным притяжением и смещением бетона вниз, и волокна, расположенные ниже этого уровня, притягиваются вверх.

Соответственно, волокна F или по меньшей мере большая их часть стремятся перемещаться к нижней стороне выравнивающего средства 15 и формируют горизонтальный слой волокон, выровненных в направлении относительного движения бетонной массы и выравнивающего средства.

Когда волокно F достигает положения на уровне средней плоской части 17С стенки нижней стороны кожуха 17, сила магнитного поля и, таким образом, магнитного притяжения, воздействующего на волокно, резко снижается из-за того, что магнит 19, который расположен ближе всех к переходу между первой частью 17А стенки и средней частью 17С стенки, движется вверх, от волокна. Соответственно, магнитное притяжение, воздействующее на волокно F, больше не будет достаточно сильным для того, чтобы тянуть волокно вместе с выравнивающим средством 15 и, таким образом, волокно останется позади, в выровненном положении в слое волокон.

Если желательно концентрировать волокна F в слое в верхнем районе бетонной массы, выравнивающее средство 15 регулируется по угловому положению и, если необходимо, целиком смещается по вертикали в положение, в котором первая и вторая части 17А и 17В стенки кожуха 17 находятся приблизительно в одной горизонтальной плоскости и на необходимой высоте. Кроме того, направление вращения магнитного барабана 18 реверсируется.

На фиг. 4, 5 и 6 схематически показаны три разных способа осуществления изобретения. Способ, представленный на фиг. 4, по существу соответствует способу, показанному на фиг. 1-3 и описанному выше. Соответственно, выравнивание волокон происходит после того, как бетон был помещен на грунт.

На фиг. 5 и 6 показаны варианты осуществления изобретения, в которых выравнивание происходит при помещении слоя бетона на грунт. Более конкретно, на фиг. 5 показано устройство для укладки бетона и выравнивания волокон, которые осуществляются бетоноукладочной машиной, движущейся по поверхности, на которую укладывается армированная бетонная масса. В этом устройстве выравнивание волокон выполняется в ходе двух операций. Влажный бетон с примешенными армирующими волокнами подается в крутонаклонный бункер 21, в котором два выравнивающих средства 22, подобных выравнивающему средству 15, показанному на фиг. 1-3, расположены рядом друг с другом. Дополнительное выравнивающее средство 22, подобное выравнивающему средству 15, расположено в укладочной горловине 23. Эта горловина формирует нижнее продолжение бункера 21 и имеет выпускной лоток с прямым выпускным отверстием, через которое выпускается слой бетона необходимой толщины и укладывается на грунт.

Устройство, показанное на фиг. 6, в первую очередь предназначено для использования при укладке относительно тонких и узких слоев и применяется вручную. Оно включает укладочную горловину 24, подобную укладочной горловине 23, показанной на фиг. 5, и трубчатый ствол 25, в который подается влажный бетон с примешенными волокнами из бетононасоса (не показан) через рукав. Внутри укладочной горловины 24 расположено выравнивающее средство 26, подобное выравнивающему средству 15, показанному на фиг. 1-3. На фиг. 7 более подробно показано устройство, показанное на фиг. 6.

На фиг. 8 показана модификация выравнивающего средства 15, показанного на фиг. 1-3. В этом случае внутри вращающегося магнитного барабана 18" применен стационарный второй магнитный барабан 27, который расположен в заднем районе первой или передней части 17А стенки кожуха 17. Он устроен так, что при работе вращается со скоростью, которая имеет определенное численное отношение 3:1 к скорости, с которой вращается магнитный барабан 18". Одна половина магнитного барабана 27 намагничена как показано обозначениями полюсов N и S, тогда как другая половина по существу не намагничена. Каждый раз, когда один из постоянных магнитов 19 вращающегося магнитного барабана 18 входит в зону, в которой расположен магнитный барабан 27, магнитное поле этого магнита 19 будет замыкать силовые линии через магнитный барабан 27 так, что лишь небольшая часть магнитного поля направляется в бетонную массу. В результате, притягивание, которое магнитный барабан 18" прилагает к армирующим волокнам в бетонной массе, и, таким образом, тенденция выравнивающего средства 15 тянуть волокна за собой очень резко уменьшается, когда волокна находятся в зоне, расположенной под магнитным барабаном 27.

Возможно внесение нескольких модификаций в предпочтительный способ выравнивания и в устройство, показанное на чертежах, в пределах объема изобретения, определенного в формуле изобретения.

Например, поперечное сечение кожуха 17 выравнивающего средства 15 может быть, по существу, симметричным относительно плоскости, проходящей через ось L магнитного барабана, и, по существу, перпендикулярным другой плоскости, проходящей через ось L и кромку второй части 17В стенки кожуха 17. При таком симметричном поперечном сечении выравнивающее средство, соответственно, имеет тонкие кромочные части на противоположных сторонах наиболее толстого сечения кожуха 17, где расположен магнитный барабан 18, и, таким образом, оно может двигаться в противоположных направлениях в бетоне, например, поперек широкой полосы дорожного покрытия, не сталкиваясь с большим сопротивлением движению.

В этой модификации может быть предпочтительным применение двух магнитных барабанов 18, связанных с противоположными сторонами кожуха 17 и вращающихся в противоположных направлениях. В альтернативном варианте может применяться один магнитный барабан 18, который имеет только один магнит на окружности и вращается попеременно в противоположных направлениях на угол, превышающий 180°, и предпочтительно - приблизительно 270°. Магнитное поле в этом случае будет направлено попеременно в бетон над выравнивающим средством и в бетон под выравнивающим средством. Этот режим чередующегося, реверсируемого вращения обеспечивает то, что волокна временно подвергаются воздействию притягивающей силы магнитного поля в направлении движения выравнивающего средства 15 относительно бетона.

Хотя в описанном и показанном на чертежах варианте осуществления изобретения волокна выровнены горизонтально в направлении относительного движения выравнивающего средства и бетона, можно выравнивать волокна в горизонтальном направлении, перпендикулярном направлению относительного движения, если магниты 19 на магнитном барабане 18 намагничены так, что их силовые линии магнитного поля вращаются преимущественно в плоскостях, проходящих вдоль длины выравнивающего средства 15.

Также следует отметить, что магниты или другие средства, создающие магнитные поля, или все такие магниты или другие средства необязательно должны быть подвижными относительно выравнивающего средства. Неподвижные постоянные магниты или другие элементы, создающие магнитные поля, могут включаться в выравнивающее средство для направления постоянного или чередующихся магнитных полей в материал, содержащий намагничиваемые волокна, для их выравнивания.